Efeitos neurotóxicos de sulfato de magnésio intratecal

Resumos

BACKGROUND AND OBJECTIVES: To assess the potential neurotoxic effects at the ultrastructural level of magnesium sulfate administered intrathecally as a single or multi-dose. METHODS: Our study was conducted with 24 Sprague-Dawley rats that weighed 250-300 g. After a 4-hour fast, the rats were given 10 mg.kg-1 xylazine chloride intraperitoneal and then randomly allocated into three groups. Group I (n = 8) received 0.9% normal saline, Group II (n = 8) was given one intrathecal injection of 0.02 mL of 15% magnesium sulphate, and Group III (n = 8) was given 0.02 mL of 15% magnesium sulphate once a day for seven days. The injections were given within 0.40x50 mm from the lumbar area. After seven days, the animals were sacrificed under anesthesia with an aortic injection of 10% formaldehyde and their tissues were fixed. The medulla spinalis was then examined and histopathologically evaluated under an electron microscope. The Kruskal-Wallis test was used for statistical evaluation. A value of p < .05 was considered to be statistically significant. RESULTS: Significant neurodegeneration was detected in rats given single or repeated magnesium sulphate injections compared to the control group. The histopathological evaluation score of this group was also high. CONCLUSIONS: Based on electron microscopic examination, we found that intrathecal magnesium sulphate administration induced neurodegeneration.

Magnesium Sulphate; Injections, Spinal; Toxic Actions; Microscopy, Electron

JUSTIFICATIVA Y OBJETIVOS: Evaluar los potenciales efectos neurotóxicos en nivel ultraestructural de sulfuro de magnesio administrado por vía intratecal en dosis única o múltiple. MÉTODOS: Estudio realizado con 24 ratones Spraque-Dawley, con un peso promedio entre los 250 y los 300 g. Después del ayuno de 4 horas, los ratones recibieron 10 mg.kg-1 de cloruro de xilazina por vía intraperitoneal y enseguida fueron divididos aleatoriamente en tres grupos. El grupo I (n = 8) recibió 0,9% de suero fisiológico normal, Grupo II (n = 8) recibió una inyección de 0,02 mL de sulfuro de magnesio al 15% por vía intratecal y Grupo III (n = 8) recibió 0,02 mL de sulfuro de magnesio al 15% una vez por día durante siete días. Las inyecciones fueron aplicadas dentro de 0,40x50 milímetros del área lumbar. Después de siete días, los animales fueron sacrificados con anestesia con una inyección de formaldehido al 10% en la aorta y los tejidos fueron pegados. La médula espinal se examinó y fue histopatológicamente evaluada bajo microscopio electrónico. El test de Kruskal-Wallis fue usado para la evaluación estadística. Un valor de p < 0,05 fue considerado estadísticamente significativo. RESULTADOS: La neurodegeneración significativa fue detectada en los ratones que recibieron una sola inyección o inyecciones repetidas de sulfuro de magnesio, en comparación con el grupo control. El puntaje en la evaluación histopatológica de ese grupo también fue alto. CONCLUSIONES: Basándonos en el examen de microscopía electrónica, descubrimos que la administración intratecal de sulfuro de magnesio indujo a la neurodegeneración.

Infusión Espinal; Microscopía Eletrónico; Sulfuro de Magnesio; Toxicidad

ARTIGO DE REVISÃO

Efeitos neurotóxicos de sulfato de magnésio intratecal

Levent Ozdogan; Handan Sastim; Dilsen Ornek; Aysun Postaci; Taner Ayerden; Bayazit Dikmen

Departamento de Anestesiologia e Reanimacao, Hospital de Treinamento e Pesquisa Ancara Numune, Ancara, Turquia

^{Correspondência para}

RESUMO

JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS: Avaliar os potenciais efeitos neurotóxicos em nível ultraestrutural desulfato de magnésio administrado por via intratecal em dose única ou múltipla.

MÉTODOS: Estudo realizado com 24 ratos Sprague-Dawley, peso médio entre 250 e 300 g. Apósjejum de 4 horas, os ratos receberam 10 mg.kg^-1 de cloreto de xilazina por via intraperitoneale, em seguida, foram divididos aleatoriamente em três grupos. Grupo I (n = 8) recebeu 0,9% desoro fisiológico normal, Grupo II (n = 8) recebeu uma injeção de 0,02 mL de sulfato de magnésioa 15% por via intratecal e Grupo III (n = 8) recebeu 0,02 mL de sulfato de magnésio a 15% umavez por dia durante sete dias. As injeções foram aplicadas dentro de 0,40x50 milímetros daárea lombar. Após sete dias, os animais foram sacrificados sob anestesia com uma injeção deformaldeído a 10% na aorta e os tecidos foram fixados. A medula espinal foi, então, examinadae histopatologicamente avaliada sob microscópio eletrônico. O teste de Kruskal-Wallis foi usadopara avaliação estatística. Um valor de p < 0,05 foi considerado estatisticamente significativo.

RESULTADOS: Neurodegeneração significativa foi detectada nos ratos que receberam uma únicainjeção ou injeções repetidas de sulfato de magnésio, em comparação com o grupo controle. O escore na avaliação histopatológica desse grupo também foi alto.

CONCLUSÃO: Com base no exame de microscopia eletrônica, descobrimos que a administraçãointratecal de sulfato de magnésio induziu neurodegeneração.

Unitermos: Infusão Espinal; Microscopia Eletrônica; Sulfato de Magnésio; Toxicidade.

Introdução

A descoberta de receptores de opioides no interior da medula espinal tornou os métodos de administração de medicamentos por via intratecal ou epidural mundialmente usados paratratamento de dor aguda ou crônica¹. O sulfato de magnésio, usado há muitos anos em pré-eclâmpsia e eclâmpsia como anticonvulsivo, também está sendo usado para tratar o infarto do miocárdio, algumas arritmias, asma, feocromocitoma e tétano. Além disso, o sulfato de magnésio, considerado como um bloqueador natural dos canais de cálcio, é um antagonistanão competitivo dos receptores N-metil-D-aspartato ².Estudos anteriores sugeriram que o sulfato de magnésio temum efeito analgésico pós-operatório quando administradopor via intravenosa ³. Além disso, o sulfato de magnésio jáfoi usado anteriormente em seres humanos e animais por via intratecal por causa de seus efeitos analgésicos e neuroprotetores ^4,5. Contudo, sabe-se que sequelas neurológicas permanentes podem surgir após administração espinal ou epidural do medicamento ⁶.

O objetivo deste estudo foi investigar os potenciais efeitos neurotóxicos da administração intratecal de sulfato de magnésio em nível ultraestrutural.

Materiais e métodos

Este estudo foi conduzido no laboratório de estudos em animais da Faculdade de Medicina Militar Gülhane com o consentimento do Comitê de Ética da Faculdade de Veterinária da Universidade de Ancara. Foram incluídos no estudo 24 ratos machos da raça Sprague-Dawley (peso 250-300 g). Os ratos foram alimentados com 20% de ração proteica e água fornecida ad libitum, de acordo com os critérios de uso e supervisão de animais de laboratório. Antes do experimento, os animais foram mantidos em uma programação de 12h:12h, noite/dia, em condições ótimas a 20-22ºC e 55% de umidade. Durante as experiências, as mesmas condições foram mantidas com os ratos alojados separadamente em gaiolas de policarbonato.

Após jejum de 4 horas, os ratos receberam uma injecção intraperitoneal de cloridrato de cetamina (100 mg.kg^-1) e cloreto de xilazina (10 mg.kg^-1). Depois de anestesiados, os ratos tiveram os dorsos raspados, higienizados e submetidos a aplicação intratecal (área de 0,40x50 milímetros das vértebras lombares L5-L6). Depois de observar o líquido cefalorraquidiano (LCR), 0,02 mL da solução em estudo foi administrado através de um injetor Hamilton (calibre 28, pontiagudo, SGE, Austrália). Após a administração intratecal, os ratos foram observados para toxicidade clínica até começarem a andar por conta própria e consumirem alimento.

Os ratos foram aleatoriamente divididos em três grupos para receber injeções por via intratecal. O Grupo I (n = 8) recebeu 0,02 mL de soro fisiológico normal a 0,9%, o Grupo II (n = 8) 0,02 mL de sulfato de magnésio a 15% e o Grupo III (n = 8) 0,02 mL de sulfato de magnésio uma vez por dia durante sete dias. Cada injeção foi administrda em área lombar dentro de uma região de 0,40x50 milímetros. Logo após a observação de mobilidade para sinais de toxicidade clínica, todos os ratos foram mortos sob anestesia no oitavo dia, com uma injecção de formaldeído a 10% na aorta e, em seguida, as medulas espinhais foram analisadas.

Amostras de tecido (1 mm³) da região lombar foram incubadas por duas horas em glutaraldeído a 2% (pH 7,4) e solução salina tamponada com fosfato (PBS). No fim da incubação, os tecidos foram lavados três vezes com PBS e, em seguida, pós-fixados em tetróxido de ósmio a 1% por uma hora. As amostras de tecidos foram então desidratadas em série de álcoois. Por fim, os tecidos foram tratados com óxido de propileno e depois montados em blocos de tecidos com o uso do kit de resina epóxi (Araldite CY212 5x100 g). Metade das incisões no músculo grácil foi feita nos blocos, que foram polimerizados a 56ºC e corados com azul de toluidina. O músculo grácil foi então isolado das áreas marcadas após avaliação em microscopia de luz, corado com acetato de uranilo e citrato de chumbo e depois avaliado em microscópio eletrônico de transmissão Carl Zeiss, modelo EM 900.

Alterações histopatológicas

Os escores das alterações histopatológicas foram os seguintes: ultraestrutura normal (= 0); alterações degenerativas na mitocôndria onde o conteúdo do núcleo e outras organelas estavam normais (= 1) e degeneração mitocondrial com estruturas desordenadas no retículo endoplasmático granular (REG), defeito no conteúdo do núcleo ou edema extracelular ². Um valor de 0,5 também foi usado entre os achados de 0 e 1, bem como de 1 e 2.

Avaliação estatística

O teste de Kruskal-Wallis foi usado para determinar as diferenças significantes entre os dois grupos. Quando uma diferença intergrupos foi detectada, o teste de comparações múltiplas de Kruskal-Wallis foi aplicado para determinar o grupo responsável pela diferença. Todos os valores de p < 0,05 foram considerados estatisticamente significantes.

Resultados

Durante a observação no fim do estudo, a mobilidade diurna dos ratos dos grupos I e III e dos ratos em todos os grupos estava normal. Nenhum dos animais foi excluído do estudo por qualquer razão. Não houve diferença estatística entre os ratos nos três grupos em relação ao peso antes do estudo (Tabela 1, p > 0,05). O valor médio obtido a partir de exames histopatológicos foi de 0 (0-0,5) no grupo controle, 1 (1-1) no Grupo II e 2 (1,5-2) no Grupo III.

Houve diferença estatisticamente significante nos índices de toxicidade entre os três grupos (Figura 1A, p < 0,001). A toxicidade foi significativamente maior em ratos tratados com dose única de sulfato de magnésio comparados com o grupo controle (Figura 1B, p = 0,002). Além disso, os ratos que receberam doses repetidas de sulfato de magnésio apresentaram toxicidade mais elevada do que os controles (Figura 1C, p = 0,002). A toxicidade também foi maior nos ratos que receberam doses repetidas de sulfato de magnésio em comparação com os ratos que receberam uma única dose (Grupo II versus III, respectivamente; Figura 1D, p = 0,008).

 

Ao exame de microscopia eletrônica da medula espinhal, neurônios multipolares com estruturas normais foram observados nos ratos controle e o núcleo da célula era cicloide, centralmente localizado e eucromático. Os nucléolo também era conspícuo e o citoplasma da célula continha cisternas do retículo endoplasmático que estavam maduras. A intensidade dos elétrons era dependente da intensidade do ribossomo. As mitocôndrias apresentavam estruturas e crista normais (Figura 2).

No Grupo II, a intensidade dos elétrons era dependente da intensidade dos ribossomos. O núcleo e o nucléolo da célula apresentavam estruturas normais e os grânulos e as cisternas do retículo endoplasmático no citoplasma estavam maduros. Esses achados foram semelhantes aos do grupo controle. Porém, quando as mitocôndrias foram analisadas, observou-se degeneração generalizada e a distensão e a cristalização das mitocôndrias estavam amplamente disseminadas (Figura 3).

No Grupo III, alterações degenerativas muito distintas foram observadas. A perda de cromatina era evidente no núcleo, o que não foi observado. Diminuição da densidade citoplasmática foi observada e dilatação conspícua foi detectada em cisternas do retículo endoplasmático. Cristalização em formas diferentes foi observada na mitocôndria e alterações degenerativas muito significantes foram observadas nos neurônios. As células examinadas do Grupo III também apresentaram um aumento incomum nos lisossomos (Figura 4). Com base nessas observações, a neurodegeneração ultraestrutural foi concluída nesse grupo.

Discussão

A ausência de efeitos colaterais graves e o aumento do uso para indicações em analgesia tornaram o uso do sulfato de magnésio administrado por via intravenosa um objeto comum de estudos científicos. Mais recentemente, o uso do sulfato de magnésio vem sendo explorado também em anestesia geral ^7,8. O sulfato de magnésio é reconhecido como um antagonista dos receptores de N-metil-D-aspartato (NMDA) e pode bloquear os canais iônicos associados a esses receptores. Os receptores antagonistas de NMDA podem bloquear a sensibilidade central associada estímulo nociceptivo periférico. Estudos mostram que os receptores antagonistas de NMDA têm pouco efeito direto sobre as fibras C, condutoras de dor, mas seu efeito pode aumentar substancialmente durante estimulação repetida⁹. Um estudo realizado por Mitani e col. ¹⁰ demonstrou que alterações funcionais nos canais dos receptores de NMDA podem desempenhar papéis específicos na lesão neuronal. Estudos anteriores mostram que o magnésio pode reduzir a liberação de acetilcolina ¹¹. Porque o sulfato de magnésio deprime o tônus colinérgico, esse mecanismo pode desempenhar um papel na formação do bloqueio motor ¹². Por outro lado, Cheng e col. ¹¹ sugerem que o glutamato pode aumentar a concentração intracelular de magnésio, o que pode provocar neurotoxicidade.

No estudo de caso conduzido por Dror e col. ⁴, verificouse que quando o sulfato de magnésio a 10% foi administrado via epidural por engano, uma irritação semelhante à queimadura foi relatada, mas o bloqueio sensório-motor não ocorreu. Em outro caso, uma injecção intratecal de 2 mL de sulfato de magnésio a 50% administrada por engano causou paralisia motora por 5 horas e intensa dor de cabeça, mas sem qualquer perda de sensação ⁵.

Em ratos submetidos à raquianestesia com injeções intratecais em série de sulfato de magnésio, observou-se mais vacuolização nas células ganglionares da massa cinzenta no grupo que recebeu 0,02 mL de sulfato de magnésio a 12,6% do que nos grupos que receberam 6,3% de sulfato, 2% de lidocaína, 0,9% de SF ou apenas com um cateter intratecal implantado ¹³. Em outro estudo, os ratos que receberam 6,3% de sulfato de magnésio via cateter intratecal apresentaram anestesia espinal e sedação geral durante o período de uma semana em comparação com ratos que receberam lidocaína a 2% ¹⁴. Além disso, os ratos que receberam sulfato de magnésio desenvolveram neurotoxicidade clínica e déficit neurológico.

As lesões nervosas podem ser de origem isquêmica, traumática ou tóxica. Essas lesões podem envolver a toxicidade dos axônios espinhais e muitos componentes do sistema nervoso que podem afetar diretamente as túnicas, como lesões vasculares e tecido cicatricial. Alguns anestésicos locais podem reduzir o fluxo sanguíneo e têm efeitos tóxicos ^15,16. Além disso, a influência neurotóxica pode afetar não só a formação citoplasmática, mas também o núcleo diretamente ¹⁷.

Vários estudos anteriores de neurotoxicidade ^18-20 avaliaram injeções de dose única e múltiplas doses via cateter intratecal ou peridural. Devido ao consenso de que o uso de cateteres intratecais também pode causar mudanças histopatológicas, nós submetemos um grupo do estudo a um regime de doses repetidas, bem como a um regime de dose única, porque ambos são usados rotineiramente na prática clínica. Em estudos recentes, a formação de granulação epidural, e fibrinólise maciça nas raízes espinhais bem como na medula espinal, foram observadas em modelos animais submetidos à canulação intratecal e administração de fármaco nos espaços subaracnoide e epidural. Infarto do parênquima e abscesso também foram observados durante a infusão de fármacos sintéticos. No entanto, como algumas dessas mudanças também estavam presentes nos animais do grupo controle, que receberam apenas soro fisiológico, é bastante difícil distinguir as alterações induzidas pelo fármaco de outras alterações por causa do uso crônico do cateter sozinho. Além disso, algumas evidências indicam que o próprio cateter pode bloquear a drenagem do LCR e causar alterações relacionadas a essa condição ²¹.

Não está claro se os estudos morfológicos usados para determinar os efeitos neurotóxicos do composto por meio de uma administração intratecal são suficientes, porque as toxicidades mediadas pelo composto podem ter mais de um efeito na função celular do que na estrutura da célula. A ausência de alterações morfológicas não é suficiente para determinar se um composto tem um efeito neurotóxico em potencial. Portanto, os estudos morfológicos e funcionais devem ser realizados concomitantemente durante a análise toxicológica de um composto preparado para uso humano ²².

Neste estudo, uma neurodegeneração significativa foi observada após a administração de sulfato de magnésio, especialmente durante a administração de doses repetidas. Essa degeneração pode ser o resultado de um aumento extremo na atividade celular e déficit simultâneo no metabolismo de energia. Essa degeneração não só afeta a estrutura citoplasmática, mas também pode afetar o núcleo. Portanto, o acúmulo intracelular de magnésio também pode ser responsável pela neurodegeneração.

Acredita-se que os efeitos neurotóxicos estejam associados a uma concentração dos agentes previamente administrados ²³. Porém, em alguns casos, os compostos que demostraram uma potencial neurotoxicidade em modelos animais acabam sendo clinicamente seguros em humanos, em determinadas doses ou concentrações ²⁴. No presente estudo, sugerimos que a administração intratecal de sulfato de magnésio em concentrações de 15% ou mais pode causar riscos imprevistos para o paciente.

Neste estudo, os ratos não apresentaram distúrbios da motilidade após a administração intratecal de sulfato de magnésio. No entanto, com base no exame microscópico de cada grupo, a nossa hipótese é que a neurodegeneração observada ainda é significante, especialmente na administração repetida de sulfato de magnésio a 15%. Além disso, o efeito que essa dosagem pode causar na barreira hematoencefálica, na corrente sanguínea e nas conduções nervosas é desconhecido, pois estudos neurofisiológicos não puderam ser feitos por causa de dificuldades técnicas. Nos casos em que a administração de sulfato de magnésio pode ser clinicamente útil, como nas dores com aumentos progressivos que não respondem a opioides ²⁵, o uso a longo prazo pode ser necessário. Até o momento, não encontramos qualquer estudo neurofisiológico relacionado ao uso intratecal de sulfato de magnésio em animais de experimentação.

Em conclusão, este estudo sugere que a administração intratecal de sulfato de magnésio em concentrações de 15% ou mais pode causar riscos imprevisíveis para o paciente. Neurodegeneração foi observada por microscopia eletrônica em animais que receberam sulfato de magnésio nessa concentração, especialmente após a administração repetida, e pode resultar em aumento extremo da atividade celular e subsequente déficit no metabolismo de energia. Até o momento, os estudos neurofisiológicos relacionados ao uso de sulfato de magnésio são insuficientes para avaliar a segurança clínica e, portanto, estudos adicionais são necessários para uma caracterização completa.

Submetido em 3 de janeiro de 2012.

Aprovado para publicacao em 27 de fevereiro de 2012.

Recebido do Departamento de Anestesiologia e Reanimacao, Hospital de Treinamento e Pesquisa Ancara Numune, Ancara, Turquia

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  22 Fev 2013
• Data do Fascículo
  Fev 2013

Histórico

• Recebido
  03 Jan 2012
• Aceito
  27 Fev 2012